[发明专利]二次电池系统的电压平衡装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请主张2008年12月19日提交的日本专利申请2008-324082和2009年9月7日提交的日本专利申请2009-206126的优先权，在此通过引用包含上述两个专利申请的全部内容。

技术领域

本发明通常涉及二次电池系统，尤其涉及能够调节包括串联连接的二次电池的单元的电压平衡的二次电池系统。

背景技术

近年来，为了应对空气污染和全球变暖，响应于减少二氧化碳排放量的要求，汽车产业不断研发电动车辆(EV)和混合电动内燃车辆以引入市场。还努力研发足以驱动电动马达的二次电池，这是使得这类车辆实际可用的关键。在这类车辆所使用的二次电池中，通常串联配置有多个二次电池。

然而，如果串联连接的二次电池在电压上有差异，则电压与其它二次电池的电压相比较小的二次电池不能完全充电，这导致单元的整体性能劣化。由于该原因，尽可能均匀地对这些电池充电很重要。

日本特开2001-268815公开了一种使串联连接的二次电池均匀充电的想法。其中，通过使用借助于电力变压器所产生的电流，通过开关对各二次电池间歇充电，并且根据检测到的各二次电池的充电状态来改变开关的速率，以实现对所有的二次电池均匀充电。

发明内容

然而，在日本特开2001-268815中，由于使用了电力变压器，所制造的二次电池系统的重量和成本不能令人满意。

为了解决前述问题，本发明提供了一种二次电池系统，其包括：串联连接的多个二次电池；多个第一二极管，分别具有阳极(anode)和阴极(cathode)，其中，阳极连接至相应的二次电池的负电极(negative electrode)；多个第二二极管，分别具有阳极和阴极，其中，阴极连接至相应的二次电池的正电极(positive electrode)，并且阳极连接至相应的第一二极管的阴极；多个电容器，分别连接至第一二极管的阴极和相应的第二二极管的阳极之间的连接部；以及交流电源，其通过各电容器连接至各连接部，其中，该交流电源能够选择性地工作以产生交流电压。

在本发明的二次电池系统中，在无需使用电力变压器的情况下利用简单的电路来进行二次电池的电压平衡调节，从而实现了二次电池系统的重量和成本令人满意。

附图说明

参考附图来进行本文说明，其中，所有附图中相同的附图标记指代相同的部件，并且：

图1是示出本发明第一实施例的二次电池系统的结构的电路的示意图；

图2是示出双极型锂离子二次电池的结构的横截面图；

图3是包括安装有二极管安装基板的外壳的电池模块的立体图；

图4是示出本发明第一实施例的二次电池系统的第一变形例的电路的示意图；

图5是示出本发明第一实施例的二次电池系统的第二变形例的电路的示意图；

图6是用于模拟本发明第一实施例的二次电池系统的电路的示意图；

图7A是示出图6所示电路的电压相对于充电电流变化的二次电池的电压依赖性的模拟结果的图形；

图7B是示出图6所示电路的电压相对于充电电流相等的二次电池的电压依赖性的模拟结果的图形；

图8A～8C是示出图6所示电路的电压相对于充电电流变化的二次电池的脉冲频率依赖性的模拟结果的图形；

图9是示出图6所示电路使用1μF电容器的模拟结果的图形；

图10是示出应用于机动车辆时本发明第一实施例的二次电池系统的控制单元所执行的操作步骤的流程图；

图11是示出电池模块和逆变器之间的关系的示意图；

图12是示出应用于机动车辆时本发明第一实施例的二次电池系统的变形例的控制单元所执行的操作步骤的流程图；

图13是示出根据本发明第二实施例的二次电池系统的结构的电路的示意图；

图14是示出本发明第二实施例的二次电池系统的能量流的流程图；

图15A是示出二次电池的V-I特性的图形；

图15B是示出电压V₁和二次电池的电压Vb之间的关系的图形；

图16是示出对利用串联连接的32个电解电容器来代替第二实施例的二次电池系统中串联连接的二次电池的电路进行充电的实验的结果的图形；

图17是示出根据本发明第三实施例的二次电池系统的结构的电路的示意图；